十二烷基硫酸钠淋洗耦合高级氧化技术修复菲污染土壤的研究

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多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是由两个或两个以上未被取代苯环在他们之间共用碳原子而形成的一类物质。现探明存在的上百种多环芳烃里,绝大多数都具有较强的毒性和致癌性。实际上全球90%的PAHs污染都是在土壤中的。而传统的物理、生物修复技术多存在效率低,去除不彻底的问题。本研究使用表面活性剂(十二烷基硫酸钠为例)淋洗技术耦合高级氧化技术对菲(phenanthrene,PHE)污染土壤进行修复。SDS的浓度、淋洗处理时间和水土比均同土壤中PHE去除率成正相关。使用20 g/L的SDS,水土比为20:1,淋洗24 h可以达到最高的PHE淋洗去除效率92.9%。但是当表面活性剂浓度过高时,在土壤中产生大量起泡会堵塞孔隙对土壤生态影响较大。淋洗仅是将PHE从固相土壤中迁移到了液相水体中,需要对洗脱液进行进一步的处理来降低二次污染的风险,所以使用较大剂量的淋洗液(较大的水土比)会对二次处理增大负荷。土壤淋洗时间在8-12 h已接近平衡状态,后续延长的淋洗时间对效率的影响较小。为了进一步降解PHE同时回收表面活性剂,使用高级氧化对淋洗液进行处理。单独UV和UV/PDS体系均可对淋洗液中的PHE进行有效的降解去除(降解率高于98.2%),同时SDS回收率在95.2%以上。通过自由基抑制和EPR捕获验证了单独UV体系单线态氧(1O2)是主要的活性物种,UV/PDS体系中SO4·-,·OH和1O2均作用于PHE的降解。PHE可以作为感光剂在UV作用下产生单线态氧,在SDS胶束中直接对PHE进行攻击。UV/PDS产生的活性自由基在表面活性剂分子结构变化的过程中进攻PHE。两个体系的选择性降解过程均可以在较宽泛的p H条件下进行,且PHE都可以被高效降解。表面活性剂浓度越高对PHE降解抑制作用越强,而PHE降解不受其初始浓度的影响,即PHE在本体系中符合零级反应的特征。通过对淋洗液处理前后的毒性研究,证实了再单独UV体系下PHE降解过程可能会产生毒性更强的中间产物,而UV/PDS体系可以有较好的解毒效果。利用LC-MS对两个体系下的中间产物进行了检测,并依照产物对PHE的降解路径做了分析。淋洗液经过高级氧化处理之后回收的表面活性剂无需补充可直接回用于土壤淋洗,并保持同新鲜表面活性剂基本一致的PHE去除效率。在确认单独UV和UV/PDS体系对PHE降解有较强的选择性的基础上,使用泥浆反应的方式,直接对PHE污染土壤进行修复。实验证明单独UV和单独PDS对污染土壤的PHE降解能力有限,而UV/PDS体系有较高的优越性,添加8 m M的PDS,在UV辐射泥浆反应2 h处理之后,PHE的降解可以达到83.9%。SDS作为增溶剂添加到泥浆反应试验体系,单独PDS和单独UV体系PHE去除率有所提高。这是因为SDS添加后对体系中PHE起到了增溶作用,液相部分更容易被降解去除。而UV/PDS体系加入SDS之后,PHE降解被抑制。UV/PDS体系中产生了更多的活性物种在长达2 h的反应过程中SDS也被部分降解,其产生的疏水基团会影响PHE脱附和传质等作用,从而对降解产生抑制作用。
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